Abschließend soll noch untersucht werden, ob das regelmäßige Herunternehmen der Pro-ben von den Heizplatten, das Abkühlen der ProPro-ben auf Raumtemperatur und die Un-terbrechung der Behandlung für einige Minuten, um die Lebensdauer zu messen, einen Einfluss auf den Verlauf der Lebensdauer besitzt.
Hierzu ist eine B-dotierte, P-gegetterte Schwesterprobe mit einer T-PCD degradiert wor-den. Dabei sorgte der temperierte Messtisch für die Behandlungstemperatur von 150◦C
Kapitel 4: Ergebnisse & Diskussion
und Halogenstrahler oberhalb für die Beleuchtung von 0.9 Sonnen. Zur Messung der Lebensdauer sind die Strahler für zwei Sekunden ausgeschaltet worden. Somit ist die Probe während der gesamten Datenaufnahme nicht abgekühlt und die Beleuchtung je Messung nur für 2 s unterbrochen worden, was die minimale Unterbrechung war, welche die Messung nicht beeinflusst hat. Hierbei ist die Messung automatisiert nach gewissen Zeitintervallen ausgelöst worden. Diese Beleuchtungsintervalle betragen zu Beginn der Untersuchung 10 s. Das Beleuchtungsintervall wird im Laufe der Untersuchung stückwei-se auf bis zu fünf Minuten erhöht.
Werden diese Lebensdauern über der Zeit aufgetragen und mit den harmonischen Mit-telwerten einer ebenfalls bei 150◦C behandelten B-dotierten, P-gegetterten Probe vergli-chen, die wie alle anderen hier gezeigten Daten mit TR-PLI gemessen und auf Heizplatten behandelt worden ist, so ergibt sich der in Abbildung 4.28 gezeigte Plot.
Abbildung 4.28: Vergleich der Messmethoden TR-PLI und T-PCD.
Werden die verschiedenen Proben an jeweils drei Zeitpunkten miteinander verglichen -zum einen bei der ersten starken Degradation, -zum Zweiten beim erneuten Anstieg der Lebensdauer und zum Dritten nach dem Erreichen des Maximums-, so fällt auf, dass die Kurven ziemlich gut zueinander passen. Insbesondere der Zeitpunkt, an dem die Lebens-dauer wieder zu steigen beginnt, ist bei beiden Proben sehr ähnlich. Diese Zeitpunkte sind bei den T-PCD-Daten (in rot) genauer zu bestimmen, da hier ein deutlich engerer Messtakt verwendet worden ist als bei der TR-PLI (blau).
Der Unterschied in den absoluten Lebensdauern wird durch zwei Effekte verursacht, die jeweils die gemessene Lebensdauer erhöhen. Zum einen ist die Probe in der T-PCD bei einer Temperatur von 150◦C gemessen worden, wohingegen die Probe, die mit TR-PLI
Kapitel 4: Ergebnisse & Diskussion gemessen worden ist, vor jeder Messung auf Raumtemperatur abgekühlt worden ist. Dass die Probentemperatur bei der Messung einen großen Einfluss auf die Lebensdauer be-sitzt, ist beispielsweise in [27] zu sehen. So steigt mit zunehmender Temperatur auch die gemessene Lebensdauer.
Der zweite Effekt, der zu der höheren Lebensdauer bei Messung mit der T-PCD führt, ist der verwendete Messmodus. Die verwendeten Messungen der T-PCD sind im tran-sienten Messmodus aufgenommen worden. Dieser Modus gewichtet hohe Lebensdauern stärker als niedrige. Somit wird bei inhomogenen Proben (was bei dem mutlikristallinen Material zutrifft) die Lebensdauer höher gemessen, als es beispielsweise der harmonische Mittelwert ergibt. Die Messung im Quasi-Steady-State-Modus wäre ebenfalls möglich gewesen, allerdings ist für die höheren Lebensdauern zu Beginn der Messungen und nach der Regeneration der transiente Modus besser geeignet, weshalb dieser gewählt worden ist.
Diese Daten zeigen, dass das regelmäßige Abkühlen der Proben auf Raumtemperatur für die Messungen keinen Einfluss auf den Verlauf der Lebensdauern der Proben be-sitzt. Die Messdaten der TR-PLI oder auch einer nicht-temperierten PCD können also (schnelles Abkühlen vorausgesetzt) gut mit den Daten einer T-PCD verglichen werden.
Insbesondere zeigt dieser Vergleich jedoch, dass keine weiteren störenden Effekte durch die regelmäßige Unterbrechung der Behandlungstemperatur (und -beleuchtung) verur-sacht werden.
Kapitel 5
Zusammenfassung
Diese Arbeit liefert einen Beitrag zur Charakterisierung der Degradation und Regenera-tion von multikristallinem Silizium und zum Verständnis des zugrundeliegenden Mecha-nismus von LeTID.
Hierzu sind Lebensdauerproben ohne Emitter und mit einer Oberflächenpassivierung aus Siliziumnitrid verwendet worden. Diese zeigen die auch in anderen Veröffentlichun-gen beobachtete Degradation und ReVeröffentlichun-generation bei gleichen Temperatur- und Beleuch-tungsbedingungen. Hierbei ist gezeigt worden, dass sich der Getterschritt bei B-dotierten Proben außer im generellen Lebensdauerniveau auf das Degradations- und Regenerati-onsverhalten nicht stark auswirkt. Bei Ga-dotierten Proben ist dies anders. Hier regene-rierten die ungegetterten Proben innerhalb der betrachteten Zeit (≈6 500 h bei 75◦C und 0.9 Sonnen) nicht. Ansonsten zeigten sich Unterschiede zwischen den beiden verwende-ten Dotanden, da Ga-dotierte Proben langsamer degradieren und auch die Regeneration langsamer abläuft, diese aber zu einem ähnlichen Zeitpunkt die Degradation überwiegt.
Auch konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass durch eine Erhöhung der Temperatur der Effekt LeTID schneller abläuft. Jedoch ist durch Erhöhung der Temperatur der Ef-fekt nicht nur beschleunigt worden, sondern es sind auch Veränderungen zutage getreten.
So überlagert die Regeneration die Degradation bei steigender Degradations- und Re-generationstemperatur beispielsweise früher merklich, sodass das Lebensdauerminimum höher ausfällt.
Bei Temperaturen von 50◦C ist ebenfalls eine Degradation beobachtet worden. Auch bei 25◦C war eine leichte Reduzierung der Lebensdauer zu erkennen, auch wenn in den ersten Minuten die Lebensdauer stieg. Somit ist fraglich, ob wirklich erhöhte Temperaturen für die Degradation benötigt werden, wie es der Name LeTID nahelegt.
Kapitel 5: Zusammenfassung
Des Weiteren ist bei vielen Proben (insbesondere bei höheren Temperaturen über 150◦C) nach der bekannten Regeneration eine zweite Verringerung der Lebensdauer aufgetreten, die von einem erneuten Anstieg gefolgt worden ist. Dieses zweite Minimum hat sich ei-ner Degradation der Oberflächenpassivierqualität zuordnen lassen, wohingegen das erste Minimum durch eine Verschlechterung und anschließende Regeneration des Volumens verursacht worden ist. Mit zunehmender Degradations- und Regenerationstemperatur überlagern sich die Degradation und Regeneration des Volumens, aber auch der Ober-fläche. Durch die Überlagerung der Degradation und Regeneration der Oberfläche wird kein klares Minimum erreicht, sondern nur eine Abflachung beziehungsweise Schulter in der Regeneration des Volumens. Bei B-dotierten Proben ist die Überlagerung stärker ausgeprägt gewesen als bei Ga-dotierten Proben.
Die Lebensdauerstabilität von Proben, die bei 150◦C bis zum ersten Maximum behan-delt worden sind, ist untersucht worden. Diese Proben zeigen bei einer anschließenden Behandlungstemperatur von 75◦C eine stabile Lebensdauer. Bei Proben, die bei 250◦C bis zum zweiten Maximum degradiert und regeneriert worden sind, bleibt die Lebensdauer nicht stabil, wenn die Behandlung bei 75◦C fortgesetzt wird. Experimente zu dem weite-ren Verlauf von Proben, die zu Beginn einige tausend Stunden bei 75◦C behandelt worden sind, lassen vermuten, dass auch diese noch einen Anstieg über die Anfangslebensdauer hinaus aufweisen würden, sofern hinreichend lange Behandlungsdauern gewählt werden würden.
Ein Vergleich der beobachteten Zeiten, nach denen die Regeneration die Degradation überwiegt, mit dem Gesetz von Arrhenius hat eine Aktivierungsenergie von ungefähr 0.94 eV für den Regenerationsmechanismus ergeben. Die Zeitpunkte, nach denen die Ma-xima erreicht werden, folgen bei Ga-dotierten Proben dem Gesetz von Arrhenius, wo-hingegen bei den B-dotierten Proben bei höheren Temperaturen eine Abweichung von diesem Gesetz zu beobachten war.
Die Variation der Oberflächenpassivierungen zeigte im Verlauf der Lebensdauern Un-terschiede zwischen Siliziumnitridpassivierungen aus verschiedenen Anlagen bei gleichen Degradations- und Regenerationsbedingungen. So sind Proben, die mit einem Silizium-nitrid passiviert waren, das aus einer Anlage mit direktem Plasma stammt, stärker de-gradiert, allerdings auch stärker regeneriert als die Proben mit einem Siliziumnitrid, das aus einer Anlage mit Remote-Plasma stammt. Proben mit einem Schichtsystem aus ther-mischem Oxid und Siliziumnitrid haben leicht höhere Lebensdauern gezeigt als Proben, bei denen die Oberfläche ausschließlich mit dem entsprechenden Siliziumnitrid passi-viert gewesen ist. Bei Schichtsystemen aus Aluminiumoxid und Siliziumnitrid haben sich die Proben mit B-Dotierung und Ga-Dotierung stärker voneinander unterschieden. So
Kapitel 5: Zusammenfassung zeigten die Ga-dotierten Proben mit dieser Oberflächenpassivierung weder Degradati-on noch RegeneratiDegradati-on, wohingegen die B-dotierten Proben eine DegradatiDegradati-on und eine schnelle Regeneration aufgewiesen haben.
Abschließend ist gezeigt worden, dass die regelmäßige Unterbrechung der Temperatur und der Beleuchtung zur Messung keine Auswirkung auf die gemessenen Daten hat.
Hierzu sind die Daten mit den Messungen einer Probe verglichen worden, die auf einer T-PCD behandelt und gemessen worden ist und somit während dieser gesamten Zeit bei konstanter Temperatur geblieben ist. Diese Probe zeigte denselben Verlauf der Lebens-dauern.
Insgesamt lässt sich also sagen, dass die Erhöhung der Degradations- und Regenerations-temperatur eine Veränderung des beobachteten Effekts verursacht, da sich unter anderem Degradation und Regeneration stärker überlagern. Eine Erhöhung der Temperatur zur reinen Beschleunigung der Beobachtungen ist somit nicht problemlos möglich.
Der Degradations- und Regenerationsverlauf tritt bei beiden Dotanden Bor und Gallium auf, wenn auch leicht unterschiedlich. Allerdings regenerieren Ga-dotierte, ungegetterte Proben bei allen untersuchten Temperaturen während des Experiments nicht.
Die Lebensdauer im ersten beobachteten Minimum ist einer Limitierung durch das Vo-lumen zuzuordnen, wohingegen im zweiten Minimum die Lebensdauer durch die Ober-flächenpassivierung limitiert wird.
Anhang A
Übersicht der Messdaten
Nachfolgend wird eine Übersicht über die Messdaten gezeigt. Diese ist nach Dotierung sortiert und unterteilt, ob ein Getterschritt erfolgt ist. Zusätzlich zu den Lebensdauern in einzelnen Regionen der Proben (wie bei den bisher dargestellten Regenbogenplots) sind hier auch die 25%-Quartile, die 75%-Quartile sowie der Median der jeweiligen Messungen dargestellt. Diese Werte sind mit durchgezogenen, schwarzen Linien markiert. Des Wei-teren ist der harmonische Mittelwert mit einer gestrichelten Linie eingezeichnet. Durch diese zusätzlichen Angaben ist es möglich, die Häufigkeitsverteilung der Lebensdauern wahrzunehmen, was mit den Regenbogenplots alleine nicht möglich ist.
Kapitel A: Übersicht der Messdaten
A.1 B-dotierte, ungegetterte Proben
In diesem Abschnitt werden die Lebensdauern der B-dotierten, ungegetterten Proben dargestellt. Dazu wird zuerst ein Überblick anhand der harmonischen Mittelwerte gege-ben. Anschließend werden die Regenbogenplots der einzelnen Proben gezeigt.
Kapitel A: Übersicht der Messdaten
Kapitel A: Übersicht der Messdaten